石墨烯-水性聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液的制備及其性能研究.pdf

1、隨著社會發(fā)展，人們環(huán)保意識的增強，對綠色環(huán)保涂料的需求日益增長，傳統(tǒng)的溶劑型涂料向水性涂料的轉(zhuǎn)變受到研究者的廣泛關(guān)注。石墨烯作為綜合性能優(yōu)良的納米填充材料，在復(fù)合材料領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文旨在開發(fā)一種綠色環(huán)保、綜合性能優(yōu)良的無溶劑型石墨烯/水性聚氨酯-丙烯酸酯防腐涂料。
　　本文以異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、聚己內(nèi)酯二元醇(PCL1000)、2，2-二羥甲基丁酸(DMBA)、三羥甲基丙烷（TMP）、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA

2、)、三乙胺(TEA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、自制氧化石墨烯和石墨烯等為主要原料，采用原位聚合法，通過配方設(shè)計分別制備了一系列不同氧化石墨烯含量和不同石墨烯含量的無溶劑型聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液，并將其應(yīng)用于防腐涂料。系統(tǒng)地討論了自制氧化石墨烯、石墨烯的特性;分析了氧化石墨烯和石墨烯添加量對乳液、膠膜及漆膜的性能的影響;確定了較佳的原料配比;并采用紅外光譜、X射線衍射儀等表征了氧化石墨烯和石墨烯的結(jié)構(gòu);同時借助透射

3、電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)觀察了乳膠粒子和涂層表面的微觀形貌;測定了膠膜的吸水率、接觸角、熱性能和力學(xué)性能;并將系列乳液在馬口鐵片上進行涂膜，研究涂層的耐腐蝕性能。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過改進的Hummers法成功制備了氧化石墨烯(GO)，分析表明，制備的GO氧化程度較高、層數(shù)較少且在水體系中分散性較好。
　　(2) GO上的活性基團可與聚氨酯末端-NCO基團發(fā)生反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合，

4、提高復(fù)合乳液的穩(wěn)定性，乳液粒徑隨著GO添加量的增加而增加。GO的引入有利于改善乳膠粒間的相互作用，增強涂膜的致密性。當(dāng)氧化石墨烯的添加量為0.5％時，涂膜的吸水率由38.28％降至27.94％;熱分解溫度由160℃增至300℃，熱穩(wěn)定性大幅提高。此外，復(fù)合涂膜的交聯(lián)密度增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度增加56℃。隨著GO含量的增加，涂膜的耐腐蝕性相應(yīng)提高。當(dāng)氧化石墨烯的含量為0.5％時，漆膜的耐腐蝕性達(dá)到最佳，比純的水性聚氨酯-丙烯酸酯漆膜的耐鹽霧

5、時間延長了10天，自腐蝕電流密度降低了一個數(shù)量級。但當(dāng)GO含量高于0.5％時，涂膜的綜合性能下降。
　　(3)通過化學(xué)還原法，以十六烷基溴化銨（CTAB）作為陽離子表面活性劑，采用水合肼對GO進行還原，成功制備出還原程度較高且在水體系中分散性較好的石墨烯。
　　(4)適量石墨烯的添加可明顯延緩?fù)磕さ臒峤到猓岣呔郯滨?丙烯酸酯涂膜的耐水性。與水性聚氨酯-丙烯酸酯膠膜相比，當(dāng)石墨烯的添加量為0.5％時，復(fù)合膠膜的吸水率降至12

6、.08％，熱分解溫度提高了87℃，拉伸強度由30.5MPa升至61.2MPa。石墨烯改性后的涂膜亦表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性，隨著石墨烯含量的增加，涂膜的耐腐蝕性相應(yīng)提高;耐鹽霧時間比水性聚氨酯-丙烯酸酯涂膜延長了10天。極化曲線和阻抗譜圖亦顯示，涂膜的阻抗和容抗弧半徑隨著石墨烯含量的增加而增加，自腐蝕電流密度下降。當(dāng)石墨烯的添加量為0.5％時，漆膜的耐腐蝕性達(dá)到最佳;當(dāng)石墨烯過量時，易發(fā)生自聚，降低涂膜的均勻性和致密性，導(dǎo)致涂層的綜合性能下